Artigo de pesquisa relacionado Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. A fome promove a modulação concertada do comportamento olfativo apetitivo por meio de circuitos neuromoduladores paralelos. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Imagem A fome muda a forma como o sistema olfativo da mosca processa odores de comida
Uma expressão comum nos faria acreditar que ‘você pode pegar mais moscas com mel do que com vinagre’. Mas isso não é verdade no caso da mosca da fruta Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). As moscas adultas procuram micróbios nas frutas maduras, confiando em seu olfato para detectar o ácido acético (a substância química que dá ao vinagre seu aroma pungente) que se acumula enquanto a fruta fermenta. No entanto, as moscas tendem a ignorar ou até mesmo evitar níveis baixos de vinagre (o que sugere que a fruta não está madura o suficiente) e altos níveis de vinagre (o que sugere que a fruta pode estar podre).
Agora, em eLife, Jing Wang e colegas de trabalho da Universidade da Califórnia, San Diego – incluindo Kang Ko como primeiro autor – elegantemente revelam o que acontece nos cérebros das moscas que lhes permite buscar uma gama mais ampla de concentrações de odor de vinagre quando estão com fome (Ko et al., 2015). Seus dados também mostram que a fome tem uma influência mais sutil no processamento inicial da informação olfativa do que o previsto anteriormente: a fome faz mais do que apenas ajustar a sensibilidade das moscas aos odores dos alimentos. Em vez disso, ele desencadeia respostas específicas (tanto excitatórias quanto inibitórias) que encorajam as moscas a se alimentarem de fontes subótimas de alimentos. Ao fazer isso, Ko et al. possivelmente fornecerá evidências adicionais para apoiar a noção de que não é sábio ir às compras com o estômago vazio, para que os sinais de fome não prejudiquem sua capacidade de discriminar alimentos bons dos ruins.
O trabalho de Ko et al. é o culminar de uma série de estudos que abordaram como a Drosophila processa informações sobre este importante odor alimentar. Em moscas-das-frutas, bem como em humanos e outros vertebrados, os neurônios olfatórios que detectam substâncias químicas voláteis específicas conectam-se a grupos discretos de sinapses dentro do cérebro chamado glomérulo. Neurônios olfatórios que detectam a mesma substância química se conectam ao mesmo glomérulo. Dependendo da concentração, o odor do vinagre ativa 6 a 8 dos 40 ou mais glomérulos no cérebro da mosca da fruta. No entanto, um estudo anterior de Wang O grupo revelou que a atividade de um único glomérulo olfatório, denominado DM1, poderia explicar grande parte da atração de uma mosca pelo vinagre (Semmelhack e Wang, 2009). Desligar os receptores que se conectam ao DM1 fazia com que as moscas ignorassem o odor de vinagre. Por outro lado, restaurar apenas a atividade dos neurônios DM1 em moscas “anosmicas” (isto é, moscas que perderam quase todo o olfato) foi o suficiente para torná-los atraídos pelo vinagre novamente.
Superior as concentrações de vinagre recrutam apenas um glomérulo extra, denominado DM5, e a atividade do DM5 por si só pode explicar por que as moscas evitam o vinagre se o odor for muito forte (Semmelhack e Wang, 2009). Portanto, a interação competitiva entre DM1 e DM5 (que são ativados em diferentes concentrações de odor de vinagre) pode, em última análise, determinar se a mosca decide se aproximar de uma fonte potencial de alimento ou ficar longe.
A fome tem um impacto profundo sobre comportamento animal e moscas famintas encontram uma pequena gota de comida com vinagre muito mais rapidamente do que as moscas que foram alimentadas (Root et al., 2011). O hormônio insulina media indiretamente esse efeito. A fome faz com que os níveis de insulina despencem, desencadeando uma cadeia de eventos que, em última análise, faz com que os neurônios olfatórios do DM1 aumentem a expressão de uma proteína receptora específica. Este receptor detecta uma molécula de sinalização chamada ‘neuropeptídeo curto F’. Após a ligação ao receptor, este neuropeptídeo amplifica efetivamente, ou aumenta o “ganho” da atividade de DM1. Como os neurônios DM1 controlam a atração de uma mosca de fruta pelo vinagre, essa descoberta pareceu explicar de maneira elegante como a sinalização da insulina pode fazer com que as moscas famintas procurem alimentos de forma mais ampla.
Agora, parece que essa não é toda a história . Ao estender a gama de concentrações de odor testadas, Ko et al. Agora descobrem que esse mecanismo apenas explica como as moscas famintas aumentam sua atração por baixas concentrações de odor de vinagre. Em concentrações mais altas, as moscas famintas ainda buscam comida vinagre de forma mais robusta do que os controles alimentados quando a sinalização mediada pelo neuropeptídeo F curto é reduzida (Ko et al., 2015). Um neuropeptídeo adicional poderia ser responsável por essa diferença? Para pesquisar esse sinal de fome ausente, Ko et al. pesquisaram outras proteínas receptoras, procurando aquelas que estavam aumentadas nos neurônios sensoriais como resultado da inanição.O receptor de taquicinina (abreviado como DTKR) surgiu como um forte candidato, especialmente porque se sabia que ele pode sintonizar as respostas dos neurônios olfativos da mosca (Ignell et al., 2009).
O resto da história de Ko et al. “Segue lindamente um roteiro lógico: derrubar os níveis de DTKR de fato reduziu o comportamento de encontrar alimentos em moscas famintas expostas a altas, mas não baixas, concentrações de odor de vinagre. Da mesma forma, o DM5 (o glomérulo responsável por evitar altos níveis de vinagre) era menos ativo em moscas famintas, mas sua atividade podia ser trazida de volta à de uma mosca alimentada quando o DTKR era derrubado. Finalmente, Ko et al. identificou a insulina como o sinal provável que atua a montante de DTKR em moscas famintas.
Em conjunto, os dados sugerem um modelo no qual a queda dos níveis de insulina em moscas famintas aciona dois sistemas de sinalização de neuropeptídeos complementares envolvendo neuropeptídeo curto F e taquiquinina . Um auxilia na transmissão de sinais no glomérulo DM1, o que torna as moscas mais sensíveis aos atrativos odores alimentares. Em paralelo, o outro abaixa a transmissão no DM5, o que torna as moscas menos propensas a evitar odores normalmente desagradáveis ou aversivos. Juntos, esses sistemas permitem que as moscas busquem fontes alimentares menos que ideais em tempos de escassez (Figura 1).
O vinagre (ou ácido acético) é o produto final do processo de fermentação da fruta, razão pela qual as moscas da fruta são atraídas pelo odor do vinagre. No entanto, baixas e altas concentrações de odor de vinagre deixam as moscas indiferentes (à esquerda). Isso porque baixas concentrações indicam que o fruto está maduro (banana verde), enquanto altas concentrações significam que está podre (banana marrom). Moscas famintas se comportam de maneira diferente porque os baixos níveis de insulina causados pela fome desencadeiam dois sistemas distintos de sinalização de neuropeptídeos que remodelam suas respostas olfativas (direita). Em moscas famintas, o receptor do neuropeptídeo F curto (chamado sNPFR) é regulado positivamente em um subconjunto de neurônios olfatórios. Isso ajuda a transmissão de sinais dentro do glomérulo DM1, o que aumenta a sensibilidade a baixas concentrações de odores alimentares atraentes. Paralelamente, a sinalização elevada de taquiquinina (através do receptor DTKR) inibe a transmissão de sinais dentro do glomérulo DM5. Isso diminui a prevenção de cheiros normalmente desagradáveis (como altas concentrações de vinagre). Juntos, esses efeitos permitem a busca por fontes de alimentos menos do que ideais (representadas pelas setas verdes apontando para as bananas recém-maduras e podres). DM1 e DM5 são glomérulos específicos encontrados no lobo antenal (AL) do cérebro da mosca e sua intensidade de cor representa a força de sua ativação em moscas alimentadas versus famintas.
Este estudo demonstra poderosamente os pontos fortes do modelo da mosca como uma plataforma para estudar como o cérebro calcula os estímulos sensoriais. De testes comportamentais inteligentes a manipulações genéticas sofisticadas e imagens da atividade cerebral, o trabalho descreve como uma pista sensorial importante é tratada de maneiras diferentes, dependendo do estado interno do animal (ou seja, com fome ou não). Já que o que é verdade para a mosca é frequentemente – pelo menos em esboço – verdadeiro para o homem, a área de pesquisa agora está madura para contribuir com princípios de processamento sensorial que podem ser aplicáveis a muitas, senão a todas as espécies animais.
